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Zeitelement für thermische Überstromzeitschalter.
Vorliegende Erfindung betrifft ein Zeitelement für Überstromzeitschalter mit durch den elektrischen Strom beheizten Röhren, in denen eine Flüssigkeit enthalten ist. Die bisher bekannten, auf dem Prinzip der Wärmewirkung des elektrischen Stromes beruhenden Zeitschalters besassen, abgesehen von erheblichen Schwierigkeiten, der praktischen Ausführung, den Nachteil eines verhältnismässig hohen Energieverbrauches. Durch die vorliegende Erfindung wird die Möglichkeit gegeben, sie mit geringem Energieverbrauch betreiben zu können und es ist durch die Erfindung gelungen, derartige Einrichtungen für die Praxis geeignet zu machen, insbesondere auch für grössere Stromstärken über 200 Amp.
Der geringe Energieverbrauch bei einer derartigen Einrichtung wird erfindungsgemäss dadurch erzielt, dass die Form und die Abmessungen der Heizröhre so gewählt sind, dass die zur Volumenvergrösserung der Flüssigkeit notwendige Wärme zum grössten Teil in der Rohrwandung selbst erzeugt wird und der Flüssigkeit fast unverminder zugeführt wird, indem alle Verluste infolge Wärmestrahlung der erwärmten Teile z. B. durch Isolieiung der Heizöhre tunlichst herabgemindert werden. Auch die Verluste infolge Wärmeableitung durch die Stromzuleltungsquellen können dabei durch die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes auf das kleinstmöglichste Mass beschränkt werden.
In Fig. i sind die Stromzuleitungsklemmen 4 durch die verhältnismässig dünnwandigen Heizrohre 21 und 22 aus Eisen, Messing oder Metallegierung und durch die in ihnen enthaltene leitende Flüssigkeit 5, vorzugsweise Quecksilber, miteinander verbunden. Zwischen den Rohren 21 und 22 befindet sich eine flüssigkeitsdichte, isolierende Einlage 6. Das untere Rohr- 21 ist nicht vollständig ausgebohrt, das obere Rohr 22 wird durch eine Schraube 7
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infolge Stromdurchgangs, verdampft bei einem bestimmten Grenzstrom die in den Röhren enthaltene Flüssigkeit 5. Die leitende Verbindung zwischen den Rohren 21 und 22 wird schliesslich, wenn genügend Flüssigkeit verdampft ist, unterbrochen.
Die leitende Verbindung wird aber wieder hergestellt, wenn nach Abkühlung der Heizvorrichtung die verdampfte Flüssigkeit sich wieder kondensiert hat.
Eine Schaltung für ein Zeitelement der beschriebenen Ausführung ist in Fig. 2 gezeichnet. Darin ist 1 das eben beschriebene Zeitelement. Parallel zu ihm liegt unter Vorschaltung eines Widerstandes 3 die Auslösespule des Maximalmagneten. Der Widerstand 3 dient dazu, die Stromverteilung im Element 1 und im Magneten 2 richtig einzustellen.
Wird in der vorher beschriebenen Weise die Verbindung zwischen den Klemmen 4 des Zeitelements unterbrochen, so kommt der Maximalmagnet des Schalters sofort zur Wirkung.
Die im Zeitelement zu unterbrechende Leistung ist sehr gering, da die Spannung durch die parallel geschaltete Auslösespule 2 auf einem ganz geringen Wert gehalten wird. Die Unter- brechernüssigkeit wird also nicht durch starke Lichtbogenbildung verschmutzt. Um auch schädliche Einflüsse von aussen her zu vermeiden, wird die Patione, wie in der Zeichnung dargestellt ist, zweckmässig geschlossen ausgeführt.
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Dort ist nur ein einziges Heizrohr 20 verwendet. Dieses ist unten durch eine Schraube 19 verschlossen. Im Heizrohr befindet sich die zu verdampfende Flüssigkeit 18. Da diese keine stromleitende Verbindung herzustellen hat, kann in diesem Falle auch an Stelle von Quecksilber irgendeine andere, weniger gut leitende Flüssigkeit verwendet werden.
Am obern Ende des Rohres ist isoliert mittels einer Klemmvorrichtung 17 ein Kontakt 23 angebracht, der normaler Weise nicht in die Flüssigkeit eintaucht. Wird das Element durch Stromdurchgang von den Klemmen 4 aus geheizt, so wird die Flüssigkeit, wie bei dem ersten
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hebt die darüberstehende, noch kalte Flüssigkeit hoch, bis sie zur Berührung mit dem Kontakt 23 kommt. Dadurch kann man einen Stromkreis schliessen, 'der den Auslöse- magneten, 25 zur Wirkung bringt. Die notwendige Wärmeisolierung des Heizrohres in radialer Richtung ist in Fig. 3 nicht besonders gezeichnet, ihre Anbringung kann ebenso wie in Fig. i erfolgen.
Eine weitere Ausbildung dieser Ausführungsform, die in Fig. 4 daigestellt ist, eignet sich besonders für hohe Stromstärken. Das Heizrohr 16 ist-hier wellenförmig gebogen und die Klemmen 24 sind derart angebracht, dass der Strom in. drei parallel geschalteten Röhren die Vorrichtung durchfliesst. Da nun eine einzige Rohrseele von mehr als der dreifachen Länge der einzelncn Heizrohrstücke vorhanden ist, ist die Bewegung des Flüssigkeitsspiegels bei'Verdampfung der Flüssigkeit verhältnismässig gross, so dass der Grenzstrom bei dieser Anordnung besonders genau eingestellt werden kann. Die Anordnung des Kontaktes 23 und des Auslösemagneten 25 ist die gleiche wie bei Fig. 3.
Bei den Anordnungen nach Fig. I, 3 und 4 können erfindungsgemäss eine oder auch beide Anschlussklemmen verstellbar angeordnet sein, zum Zwecke, die wirksame Rohrlänge und damit den Grenzstrom zu verändern. Die beschriebenen Anordnungen lassen sich ohne besondere Schwierigkeit bis ungefähr IOOO Amp. verwenden, ohne dass die Verluste über ein gewisses Mass hinaus steigen. Um aber die neue Einrichtung auch für beliebig grosse Stromstärken benutzen zu können, ist es erforderlich, die Verluste noch weiter herabzusetzen. Während bei noch nicht allzuhoher Stromstärke die Wärmeableitung durch die Stromzuleitungsquellen keine besonders hohen Verluste verursacht, machen diese Verluste bei Stromstärken von 1000 Amp. an bereits einen grossen Teil der Gesamtverluste aus.
Erfindungsgemäss wird dann die Wärmeableitung nach den Klemmen dadurch überhaupt vollständig vermieden, dass der Heizstrom durch Induktion mittels eines elektromagnetischen Feldes in die Heizröhren übertragen wird. Das Heizrohr ist in diesem Fall selbst als Sekundärwicklung eines vom Hauptstrom durchflossenen Stromtransformators ausgebildet ist. In Fig. 5 ist ein solches Ausführungsbeispiel gezeichnet. Um einen von der Primärstromleitung 30 erregten Magnetkern 29 herum ist das Heizrohr 27 gelegt. Das
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leitend verbunden, so dass eine einzige Kurzschlusswindung vorhanden ist. Das von keinem Heizstrom durchflossene, freie Ende 15 trägt oben in ähnlicher Weise wie das Heizrohr in Fig. 3 und 4 einen Kontakt 23.
Bei Verdampfung der Flüssigkeit wird durch den entstehenden Gasdruck der flüssigbleibende Teil an diesen Kontakt herangebracht und dadurch der Hilfsstromkreis für den Auslösemagneten geschlossen. Die als Heizvorrichtung dienende Sekundärwicklung wird auch hier durch eine wärmeisolierende Hülle 26, beispielsweise ein Vakuum, eingeschlossen, so dass Wärmeverluste durch Strahlung vermieden werden.
Diese Anordnung gewährt noch den praktischen Vorteil, dass eine einzige Type des Heizelements für jede beliebige Stromstärke verwendet werden kann ; es ist nur nötig, die Anordnung der primären Windungen jedem einzelnen Fall anzupassen, Der Transformatorkern 29 kann gleichzeitig als Maximalmagnet ausgebildet werden, so dass bei besonders heftigen Kurzschlüssen, bei denen eine unverzögerte Abschaltung oft erwünscht ist, vermittelst des Kontaktes 33 der Auslösestromkreis ohne jede Verzögerung betätigt wird.
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Time element for thermal overcurrent time switches.
The present invention relates to a time element for overcurrent time switches with tubes which are heated by the electric current and in which a liquid is contained. The time switches known up to now, based on the principle of the thermal effect of the electric current, had, apart from considerable difficulties in practical execution, the disadvantage of a relatively high energy consumption. The present invention makes it possible to operate them with low energy consumption, and the invention has made it possible to make such devices suitable for practical use, in particular also for larger currents above 200 amps.
The low energy consumption in such a device is achieved according to the invention in that the shape and dimensions of the heating tube are chosen so that the heat required to increase the volume of the liquid is largely generated in the pipe wall itself and is supplied to the liquid almost without any reduction all losses due to thermal radiation of the heated parts z. B. be reduced by Isolieiung the Heizöhre. The losses due to heat dissipation through the power supply sources can also be limited to the smallest possible extent by the embodiments of the subject matter of the invention shown in the drawing.
In Fig. I the power supply terminals 4 are connected to one another by the relatively thin-walled heating tubes 21 and 22 made of iron, brass or metal alloy and by the conductive liquid 5, preferably mercury, contained therein. A liquid-tight, insulating insert 6 is located between the tubes 21 and 22. The lower tube 21 is not completely drilled out, the upper tube 22 is secured by a screw 7
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As a result of the passage of current, the liquid 5 contained in the tubes evaporates at a certain limit current. The conductive connection between the tubes 21 and 22 is finally interrupted when sufficient liquid has evaporated.
However, the conductive connection is re-established when the evaporated liquid has condensed again after the heating device has cooled down.
A circuit for a time element of the embodiment described is shown in FIG. 1 is the time element just described. The tripping coil of the maximum magnet is parallel to it, with a resistor 3 connected upstream. The resistor 3 is used to correctly set the current distribution in the element 1 and in the magnet 2.
If the connection between the terminals 4 of the timing element is interrupted in the manner described above, the maximum magnet of the switch comes into effect immediately.
The power to be interrupted in the time element is very low, since the voltage is kept at a very low value by the trip coil 2 connected in parallel. The interrupter liquid is therefore not contaminated by strong arcing. In order to avoid damaging external influences, the pation is expediently closed, as shown in the drawing.
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Only a single heating tube 20 is used there. This is closed by a screw 19 at the bottom. The liquid 18 to be evaporated is located in the heating tube. Since this does not have to establish a conductive connection, any other, less conductive liquid can be used in this case instead of mercury.
At the upper end of the tube, a contact 23 is insulated by means of a clamping device 17 and is not normally immersed in the liquid. If the element is heated by the passage of current from the terminals 4, the liquid becomes like the first
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lifts the still cold liquid above it until it comes into contact with the contact 23. In this way a circuit can be closed which brings the tripping magnet, 25 to effect. The necessary thermal insulation of the heating pipe in the radial direction is not shown in particular in FIG. 3; it can be attached in the same way as in FIG.
A further development of this embodiment, which is shown in FIG. 4, is particularly suitable for high currents. The heating tube 16 is curved in a wave shape here and the clamps 24 are attached in such a way that the current flows through the device in three parallel-connected tubes. Since there is now a single tube core of more than three times the length of the individual heating tube pieces, the movement of the liquid level when the liquid evaporates is relatively large, so that the limit current can be set particularly precisely with this arrangement. The arrangement of the contact 23 and the tripping magnet 25 is the same as in FIG. 3.
In the arrangements according to FIGS. 1, 3 and 4, according to the invention, one or both connection terminals can be arranged to be adjustable, for the purpose of changing the effective pipe length and thus the limit current. The arrangements described can be used up to about 100 amps without any particular difficulty, without the losses increasing beyond a certain level. But in order to be able to use the new device for currents of any size, it is necessary to reduce the losses even further. While the heat dissipation through the power supply sources does not cause any particularly high losses if the current is not yet too high, these losses make up a large part of the total losses at currents of 1000 amps.
According to the invention, the heat dissipation after the terminals is completely avoided in that the heating current is transmitted into the heating tubes by induction by means of an electromagnetic field. In this case, the heating tube itself is designed as a secondary winding of a current transformer through which the main current flows. Such an exemplary embodiment is drawn in FIG. The heating tube 27 is placed around a magnetic core 29 excited by the primary current line 30. The
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conductively connected, so that a single short-circuit turn is present. The free end 15 through which no heating current flows, carries a contact 23 at the top in a manner similar to the heating tube in FIGS. 3 and 4.
When the liquid evaporates, the resulting gas pressure brings the part that remains liquid to this contact and thereby closes the auxiliary circuit for the release magnet. The secondary winding serving as a heating device is also enclosed here by a heat-insulating sleeve 26, for example a vacuum, so that heat losses due to radiation are avoided.
This arrangement still affords the practical advantage that a single type of heating element can be used for any current strength; It is only necessary to adapt the arrangement of the primary windings to each individual case.The transformer core 29 can also be designed as a maximum magnet, so that in the event of particularly violent short-circuits, in which an instant shutdown is often desired, the tripping circuit via contact 33 without any delay is operated.
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